火力发电厂中热能动力锅炉的燃料及其燃烧探究

王弼正 王媛媛

1.中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 福建福州 350000

2.福建省机电建筑设计研究院 福建福州 350000

随着时代的进步，电能成为各行业发展的基础能源。近年来社会对电能需求量日益增加，火电厂发展迅猛，煤炭等锅炉燃料价格不断上涨。要想保证火电厂经济效益，实现火电厂持续发展，必须加强发电成本控制，燃料管理是降低锅炉运行的主要手段[1]。锅炉在火电厂运行中发挥重要的作用，锅炉运行中必须重视加强燃料管理。目前火电厂锅炉运行中燃料管理存在许多问题，如入炉煤质管理差等，导致火电厂生产中锅炉运行可靠性下降，对火电厂锅炉运行中燃料管理研究具有现实意义。

1 锅炉运行中燃料管理的重要性

近几年来，国家对煤炭市场管理，逐步转变为计划市场双轨并行。2002 年起，国家开放对煤炭订货控制，煤炭价格由市场决定，对电力企业带来新的机遇和挑战。煤炭旺销年份，电力企业为满足发电厂用煤需求不会提高煤价，没有国家计划指导，电力企业必须加强煤炭采购管理。电力产能不足主要原因与发电成本高有关，火力发电长锅炉运行成本很高，燃料成本费占发电成本的90% 以上。煤炭是火力发电主要燃料，我国能源储备量严重不足，做好燃料管理能提高煤炭利用率。燃料管理是锅炉运行管理的重要环节，做好燃料管理对国家社会稳定发展具有重要意义，必须加强燃料管理实现锅炉经济运行。电力工业发展关系到国计民生，由于电力不可储存特点，电力建设发展必须与经济增长协调，火电厂生产是原煤由输煤设备送到锅炉原煤斗，给煤机送到磨煤机磨成煤粉送至分离器分离，煤粉送至煤粉仓储库送至喷煤器，喷到炉膛内燃烧。粉煤放热将炉膛水冷壁管水加热，汽水分离器分离水井下降管送到水冷壁管加热，过热蒸汽送到汽轮机做功。电力生产过程复杂，提升锅炉运行动力需要加强燃料管理。

2 锅炉运行中燃料管理问题

当前电厂经济管理中以效益为中心，管理部门经济指标一致，由于机组调峰等造成煤耗损失等巨大，煤耗指标未完全控制。火电厂锅炉运行燃料管理问题主要原因是管理不规范，缺乏入炉煤管理。大型火电厂普遍存在管理意识淡薄，燃料管理意识缺乏，采制化管理规范性受到影响。未完全确立燃料管理相应标准体系，影响了管理专业化发展。燃料质量化验存在很多数据错误，对燃料管理造成严重的影响。入炉煤燃烬率影响燃料利用率，锅炉运行缺乏合理的入炉煤管理制度，入炉煤存在煤料堆积现象，燃料不足导致锅炉运行稳定性下降。

3 多尺度分析锅炉燃烧状态

根据现场信号特点和需求选择多尺度滤波器。首先，确定信号分解层数。一般对于热工信号需要判断在不同工况下的相关性，在短时间热工信号的波动多数是由于现场干扰、测点故障等原因造成。故本文将现场信号分解为高频分量、中频分量和低频分量3 层。

其次，选择合适的滤波器参数。3 层信号需要设计2 个滤波器参数，第1 个滤波器能够将反映信号变化趋势的低频分量分解出来，第2 个滤波器将反映信号波动情况的中频分量和信号受到干扰等高频分量分解出来。具体滤波器参数根据信号的频谱图结合已知的信号特点确定。

采用多尺度相关分析方法，寻找燃料量和火检强度之间的关系。燃料量包括总燃料量和6 层燃料量，火检强度包括6 层，每层4个共24 个信号，燃料层与火检强度每层对应布置，从下到上依次为ABCDEF 层。一般每层火检强度受该层燃料量影响最大，受相邻层影响次之。因此，将总燃料量、各层燃料量和各个火检强度信号分别分解为高频、中频和低频分量，然后比较两两之间的相关系数。取其中相关性较强的2 对典型信号为例说明，采用多尺度相关分析法寻找火检强度和炉膛压力之间的关系。由于炉膛压力信号变化较快，能够反映整个炉膛内的燃烧情况，而火检强度信号分层各角布置，能够反映炉膛不同位置的燃烧情况。因此，为了比较两者之间的关系，将24 个火检强度进行加权平均，得到平均火检强度，再与炉膛压力进行比较。

4 结果分析

总燃料量中频分量代表了燃料量的波动情况，炉膛压力低频信号代表了炉膛压力的变化趋势。燃料经过制粉环节后进入炉膛，快速燃烧，由于进入炉膛的燃料量波动，对炉内燃烧造成扰动，导致炉膛压力发生变化。因此，总燃料量中频分量和炉膛压力低频信号之间高度相关，说明炉膛压力在低频段内能够反映进入炉膛内的燃料量变化，或者反映出由燃料量变化造成的燃烧扰动。因此可以利用这一相关关系，构造炉膛压力低频分量作为控制系统的前馈信号、导前信号等来消除燃烧扰动燃料量与火检强度中频分量波动情况一致[2]。另外，由于燃烧除了受进入炉膛的燃料量影响外，还与送风、引风等因素相关，因此描述锅炉燃烧状态的波动情况用火检强度的中频分量更加全面。由于炉膛压力反映出送风和引风之间的平衡关系，因此观察燃烧波动情况也应该考虑炉膛压力信号。炉膛压力低频分量和平均火检强度中频分量的波动情况相近，说明炉膛压力和火检强度信号都能快速反映进入炉膛燃料的燃烧情况，而燃料量需要经过制粉惯性与迟延才进入炉膛燃烧。因此通过炉膛压力和平均火检强度可以快速判断燃烧波动情况。经过本文的分析发现，火检强度信号低频分量和总燃料量低频分量高度相关，但两者的中高频相关性下降。而炉膛压力信号刚好可以弥补前两者在中高频段相关度不够的劣势。